Terahertz time-domain derivative spectroscopy using MEMS

Résumé

Le domaine térahertz (THz), dont les fréquences s'étendent de 0,1 à 10 THz, entre les bandes micro-ondes et infrarouges, fait le lien entre le monde de l'électronique et celui de la photonique. Historiquement, cette partie du spectre électromagnétique (EM) était connue sous le nom de « fossé térahertz » en raison de la complexité de la génération et de la détection de cette onde. Au cours des dernières décennies, les progrès réalisés dans le domaine des lasers ultrarapides et des méthodes de génération et de détection cohérentes ont permis de révéler le potentiel de cette onde unique. La faible énergie de l'onde THz la rend appropriée pour des applications non ionisantes et non destructifs en pénétrant les matériaux non polaires et non métalliques. La spectroscopie THz dans le domaine temporel (THz-TDS) est un outil robuste qui tire parti des caractéristiques des ondes THz pour de nombreuses applications, de la caractérisation des matériaux aux applications pharmaceutiques, en passant par les communications, le contrôle de la qualité des dispositifs à semi-conducteurs et l'imagerie. Cet outil fournit des informations sur la nature transitoire du champ électrique qui peuvent aider à obtenir l'amplitude et la phase du signal. Une approche innovante pour améliorer le THz-TDS consiste à ajouter un modulateur dans le système et à obtenir une spectroscopie dérivée dans le domaine temporel du THz (THz-TDDS). La fonction dérivée met en évidence les changements rapides et permet d'améliorer les caractéristiques spectrophotométriques. Le développement de la THz-TDDS a connu des avancées limitées, ce qui motive ma recherche d'une méthode d'amélioration de la THz-TDDS. Par conséquent, un MEMS disponible dans le commerce est utilisé dans le trajet du faisceau THz pour moduler le faisceau THz. Bénéficiant des travaux antérieurs réalisés à l'ÉTS dans ce domaine spécifique, les objectifs de la recherche consistent à sélectionner un MEMS présentant de meilleures caractéristiques et à améliorer les fonctions de modulation. La première étape consiste à prouver la fonctionnalité dérivée de cette installation THz par une vérification mathématique et une simulation. Quatre matériaux sont étudiés pour valider les performances spectroscopiques du THz-TDDS, et les paramètres optiques, y compris l'indice de réfraction et le coefficient d'absorption pour chaque matériau, sont calculés. Les capacités spectroscopiques de ce dispositif sont démontrées en comparant les résultats obtenus avec un dispositif commercial très précis et avec la littérature disponible. L'étape finale consiste à étudier les sources d'erreur, à fournir des recommandations d'amélioration pour les perspectives de recherche futures et à suggérer la conception et l'application d'un réseau de MEMS dans l'imagerie THz. L'un des objectifs de cette recherche est de démocratiser l'application des MEMS dans le domaine THz. Cependant, il existe un compromis entre certains paramètres, tels que la reproductibilité et l'accessibilité financière, et un faible rapport signal/bruit (RSB). En outre, toutes les installations de recherche disposant de systèmes avancés similaires, tels que le laser femtoseconde disponible dans le laboratoire THz de l'ÉTS, peuvent bénéficier de cette approche d'utilisation d'un MEMS commercial, et diverses applications nouvelles peuvent être envisagées. Cette thèse débute par l’exposition de l’introduction et des éléments centraux de la recherche. Le premier chapitre présente le contexte et l'analyse de la littérature pour situer cette recherche et montrer la pertinence de la solution proposée en réponse aux lacunes de la recherche. Ce chapitre présente la méthodologie et les résultats. Le troisième chapitre aborde les sources d'erreur, et enfin, le dernier chapitre fournit des recommandations pour d'autres options MEMS, des améliorations, des progrès et des leçons apprises.

Date	20 déc. 2024
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	François Blanchard (Directeur(-trice)) & Frédéric Nabki (Codirecteur(-trice))